探寻密码的秘密！2024年量子密码学术年会在南京召开

掌握“密钥” 守护未来“飞书”安全

新华日报 2024年7月17日 第11版

从数字密码，到指纹识别、人脸识别、虹膜识别，新技术一直都在为信息安全传递努力。然而，几乎每一种加密技术最终都会被破解。特别是随着数学和计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。

那么，有没有一种原理可以保障安全的保密通信，让窃听、破译者无计可施？量子技术提供了一种可能方案。

7月13日至14日，由南京邮电大学承办的中国密码学会2024年量子密码学术年会举行，国内量子密码领域的专家学者、工程技术人员齐聚南京，共同为信息安全“加密”。

窃听即留痕，信息进入“安全舱”

量子，看上去属于新事物，其实已经存在了很久。1900年，德国物理学家普朗克提出量子概念。随后，玻尔、薛定谔、海森堡等一批科学家奠定了量子力学的理论框架。随之而来的是量子力学的建立。此后，又催生和发展起一系列量子通信、量子计算、量子精密测量等科学与技术，直接或间接改变、提升着人类获取、传输、处理信息的方式和能力。

如今，随着新一轮科技革命和产业变革深入发展，技术创新进入前所未有的密集活跃期，量子技术、人工智能等前沿技术集中涌现，引发链式变革。

“量子网络既包含量子密钥分发网络，也包含着正在发展的其他功能应用场景，比如安全传递量子信号、高效处理量子信号、更灵敏感知经典信号。”中国科学院院士尹浩表示。

在日常生产生活中，通信无处不在，保障网络和信息安全具有重要意义。量子通信又是如何做到保密的呢？

中国密码学会量子密码专业委员会主任委员、中国科学技术大学韩正甫教授告诉记者，保密通信的原理在于，唯有掌握密钥，才能轻易重现传递的信息。信息的安全性主要依赖于密钥的秘密性。量子密钥分发就是一把特别的“量子钥匙”，它的安全性建立在量子力学基本原理之上。

以往的经典加密技术大多数建立在数学计算的基础上，所以在很多电视剧中，密码加密与解密团队需要“数学天才”来进行大量运算与解题。到了20世纪90年代，美国数学家肖尔证明，量子计算可以攻破当时广泛使用的公钥体系。2019年，《自然》杂志刊登了谷歌的学术论文，宣称其量子计算机已经实现了“量子霸权”。量子计算机的飞速发展，对经典密码的安全性造成严重威胁。

如果说量子计算机是攻破经典密码的“矛”，那么量子密码就是守护信息安全的“盾”。“量子密码是一种利用量子比特来保证信息安全的加密方式，这是一种物理方法，它需要借助光子作为载体来执行传输和测量。”南京邮电大学通信与信息工程学院副院长王琴教授告诉记者。

量子密码如何感知并阻止窃听呢？“量子密码无惧窃听，窃听即留下痕迹。”王琴解释，一般情况下，通信的双方在通信之前需要先共享一套密码本，用于后继的加密通信。普通的密码本在传输过程中可能被窃听者复制或替换而不被发现，而量子密码以单个光子作为载体来编码量子态，由于单光子具有不可克隆和不可分割的特性，每被测量或观测就可能变化，导致测量结果不尽相同，若有人窃听，就会造成误码率显著上升，从而被发现。

“现在，我们无法保证密码不会泄露，但是通过量子密码技术，我们能够监测到密码是否被窃听。一旦被窃听，我们就可以采取行动把被窃听的部分去除，这样便不会造成泄露。”韩正甫补充说明。

神秘又强大，量子保密通信新成果亮相

“在量子技术中，密码行业是发展最好、最快的一部分，也是已经实现应用的一部分。”韩正甫表示。

会议现场，来自不同高校、科研机构的学者们分享了团队最新科研成果，绘出未来量子密码的发展蓝图，助力更多量子技术从实验室走向实际应用。

“利用量子技术实现信息的安全传输主要有两种方式，一种是利用量子态直接进行信息传输，这也是量子通信的终极目标；另一种是利用量子密钥对经典信息进行加密，这种量子保密通信已经在卫星、光纤链路中得到验证，并逐步走向应用。”来自南京大学固体微结构物理国家重点实验室的谢臻达教授介绍，为了在远距离干线网络量子保密通信的基础上，满足量子保密通信到终端用户的接入需求，团队正在发展基于无人机的量子密钥分发，并将无人机的量子密钥分发链路与已有的光纤、卫星量子密钥分发链路相连。“我们期待，未来可以使用固定翼高空无人机实现广域的量子密钥分发，实现全天候覆盖的量子网络。”

近几年，南邮的量子信息技术研究所在远距离量子密钥分发、人工智能增强的量子密码系统等方向取得了一系列原创性突破。“量子密钥分发是量子保密通信的核心，原则上能够为远程通信用户提供安全的密钥。然而在现阶段，由于实际量子密钥分发设备存在缺陷或误差，窃听者可能利用这些缺陷或误差开展黑客攻击，从而威胁量子密码系统的现实安全性。”王琴表示，现阶段可以使用双场协议和测量设备无关协议来免疫所有针对测量端的攻击，但这两种方式各有优缺点，不能完全解决问题。

为此，团队开展了相关理论与实验研究，并取得了一系列重要突破。针对现有测量设备无关协议存在传输距离有限、密钥率低等缺点，团队提出了改进的偏选基五强度诱骗态测量设备无关协议，并且结合自研的实验系统实现了442公里的安全传输距离，创造了该类协议新的世界纪录。团队还率先将人工智能与量子密码系统相结合，提出了一种“主动预测+反馈”的工作模式，大幅提升包括双场系统在内的量子密码系统的有效传输效率。此外，团队首次提出利用人工智能算法对量子密码系统缺陷故障和黑客攻击进行实时检测，为量子密码安全测评方案提供了一种新的解决思路。

走出实验室，量子技术期待更多应用

从2017年我国“墨子号”在国际上首次成功实现从卫星到地面的远距离量子密钥分发，再到量子计算机的不断突破，我国的量子科技领域整体上已经实现了从并跑到部分领跑的飞跃。量子科技正在开辟未来产业“新赛道”，加快形成新质生产力。

今年的政府工作报告指出，“制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。”

“其实，量子通信已经运用于我们的生活中。”韩正甫向记者透露，在量子通信领域，我国的城域城际量子通信网络技术已初步满足实用化要求，总里程超过1万公里的国家量子骨干网已全线贯通，覆盖京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域。在卫星量子通信方面，我国研制并成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”后，又发射了世界首颗量子微纳卫星“济南一号”，为构建低成本、实用化的量子星座奠定基础。卫星地面接收站的重量也已由十几吨降到100公斤左右，可支持移动通信。银行、政务、边检系统都已经成为了量子通信的“忠实客户”。

在江苏，量子产业也正在有序发展中。作为我省重点规划布局的未来产业之一，坐落于苏州的量子科技长三角产业创新中心不断取得新突破，量子计算开辟了新的技术路线，使得运算效率更高、能耗更低、应用场景更多元。在众多高校，量子产业的人才培养与科研正在同步进行。

“总体来说，目前，江苏的量子产业还需要持续追赶。”王琴表示，期待省市科研主管部门能够加大对量子领域的投入，让更多的高校与企业联动，做好产学研对接，共同发展。

韩正甫认为，江苏科教资源丰富，又有着完备的工业体系，可以选定量子产业优先发力。“量子行业的很多成果目前依旧停留在实验室，到真正应用的层面还有距离。希望给予科研团队和企业更多的尝试机会与容错空间。凡事预则立，前期的投入和人才的储备至关重要。”

中国科学院院士郭光灿表示：“当前，量子信息正在逐步从实验室走向现实应用，其战略价值日益显现，希望我们的工作能瞄准国家的实际需求，为国家的信息安全作出贡献。”